天体物理学

云和间歇性空隙

宇宙基本上是空的:间术的密度比星际环境的密度达到100,000倍。

和汤姆广阔 for science n°56
本文保留用于科学用户
与星星之间的程度相比,太阳系的行星际真空是致密的热带气氛。与星际环境有更多的沙漠空间。延伸超越我们银河系的夜海甚至不值得寻求天然气的名称:它的密度,比星际介质的密度减小100,000倍,是每立方米的十个原子!事实上,密度的差异更大在水和空气之间的行星介质和间术空虚之间!

我们会认为,奉献他们职业生涯的天文学家对同时性环境的研究给出了“无聊”的饱满性的饱满性!这种偏见是所有更缺乏的原因,因为天体物理学家长期分享它。然而,近年来,他们的态度变化了深刻的变化。现在似乎是Intergalactic环境,即它是脆弱和稀有的,是宇宙演进的主要场景。

在星系上预先存在的间歇性环境。在宇宙历史的早期,所有材料都是填充所有空间的未分化热等离子体的形式。通过普遍扩张冷却的大部分气体,凝聚了无数的星系和星系簇。剩下的材料现在被谴责永远稀释或加入,最后是填充宇宙的星星之一。这已经知道了很长时间。然而,天体物理学家想象,详细研究了同性恋物质的组织是没用的。对于他们而言,负责星系的凝结和它们的相互作用负责,单独统治着宇宙的演变:一旦从其热状态通过它被电离到由氢气组成的更冷状态。和中性氦气,它没有显着对引力吸引力的抵抗力。轻微的密集地区,他们的邻居合同并根据今天的积极机制吸引了周围材料。

因此,根据这种情况,阴漾和星系簇的密度,位置和尺寸仅取决于物质的初始随机分布。虽然内疚环境具有复杂的内部结构 - 无论如何,没有人真正相信 - 它对宇宙的真正有趣的物体的培训和演变无关紧要。这是今天呼吁的这个想法。

我们发现精致的间歇材料被组装成大网络叶子和气态丝网,其中星系像蜘蛛网上的露水一样粘附在一起。最重要的是,我们现在知道这种环境具有复杂的历史,这些历史记录标有几种过渡,这在形成了宇宙的伟大结构方面发挥着重要作用。

真空调查

导致我们结束的指数基于四种类型的观察结果,我们将检查:宇宙辐射的底部,Quasars的光谱,由星系的簇中的热气体发出的X射线和测量田野磁石(见图2)。

宇宙辐射的底部是最熟悉这些线索所熟知的。它为我们提供了在瞬间的间歇环境的快照时,其温度低于4,000个开塞尔蛋白,存在一种离子气体的状态,使中性气体的态度为大约300,000年之后。我们观察到的密度波动的结构是与间歇性环境的所有模型的起点。

Quasars Spectra为我们提供了第二个索引。据信,Quasars是由填充遥远宇宙的吸收圆盘包围的超大分离的黑洞,并且因此原始。这些是极亮的来源,真正的灯塔,能够启发巨大的空间,将我们分开。 Quasar目标线上的间歇材料吸收了一些特定波长,告诉我们其性质。然而,对Quasars的吸收光谱的解释有点细腻。这些光谱含有似乎不对应于任何已知物质的光线。这种异常是由于宇宙的膨胀,通过将光波拉伸到远处源,根据命名为偏移的机构将光谱线移动到大波长。光源越遥远,时间越多,在节目的时刻和观察的时刻之间的时间越多,而且红色的偏移越多是重要的。

这些Quasars Spectra在20世纪60年代中期首次观察到,在20世纪70年代末,可获得非常好的质量的光谱。来自伦敦大学的Alec Boksenberg以及来自加州理工学院的华莱士·萨涅根,发现这些光谱含有数百种吸收光线,在录制图上形成,垂直线的厚期期货,被命名为“Lyman-alpha森林” 。 Lyman-alpha是负责这个“森林”负责的中性氢吸收线的名称。这一行出现在频谱的不同地方的事实表明,我们和Quasar之间的空间填充有数百个氢云,每个氢云都位于不同的距离,因此接受不同红色的差异(请参阅盒​​子页 92)。 Quasars的吸收光谱揭示了Tenus气体的云,位于牛奶道的巨大距离,即他们在非常远离宇宙历史的时代。

光谱林

中性气体自然吸收更多或更少的频率射线,因为原子的随机热搅拌通过多普勒效应将它们的每一个光谱移位。膨胀和获取值得注意的宽度,应理想地非常精细的吸收线。 1965年,詹姆斯·甘恩和布鲁斯彼得森从加州理工学院,从间乳液气体密度的密度计算了Lyman-alpha吸收的理论宽度。他们表明,Lyman-alpha森林的线来说足以重叠,因此,应观察到大的连续吸收面积而不是一系列单独的线路。他们推导出负责吸收的中性氢的密度远低于间术环境的总密度:氢原子不能超过白乳扁环境中每百万百万分,其余由氢和电离氦形成,在此频域中透明。

因此,Lyman-α森林的简单存在表明,间术气体在很大程度上是电离的,并且这是长时间的,因为它被观察到偏移到非常重要的红色。在宇宙辐射底部发射后形成的寒冷和中性环境,并在形成星系的形成中必须具有非常简短的存在。在形成第一个标准条件之前重组这种气体的东西。几年前,加利福尼亚大学的罗伯特贝克和他的同事发现,我们知道的最古老的Quasars之一包含连续的Lyman-alpha吸收域。是J. Gunn和B. Peterson的预测吸收乐队的第一个例子吗?有人认为,这种吸收频段使得我们概述了该远程时期,在此期间重新电离尚未完成。

Quasars的光谱告诉我们密度和间术环境的电离状态,也是在这种环境中的物质分布。每个Lyman-alpha森林都可以被视为宇宙中的“胡萝卜”,我们在冰上拿冰胡萝卜。通过比较在不同方向上获得的胡萝卜并与试图再现大结构形成的数值模拟,天体物理学家在星系之间重组了物质的三维分布。此外,它恰好的是,巨大的物体位于它们偏离的光的视线上。结果,Quasar的图像乘以,并且我们接收几个在非常接近但不同的天空方向上采取的胡萝卜,这使得可以以更薄的方式探测间术环境。

氢统治

由于这种方法,来自加州理工学院的Michael Rauch,Carnegie Visientaties,Pasadena,W.Sargent和Thomas Barlow,在Intergalactic Gas中强调了运动。虽然这种环境的大部分都很平静,但似乎在每十亿年的暴力事件中似乎最多次摇动了多次。

在20世纪90年代后期,吸收线的研究显示存在,在间术中的痕量元素中的存在性,而不是氢和氦。第一检测元素是彻底的电离碳,其双重特征线与Lyman-alpha射线有关。从那时起,也检测到氧的存在。最常见的是,在星系内,这些原子是巨大的分子,更称为...粉尘颗粒。这些谷物通过刷新穿过星际环境的光而背叛它们的存在,以及大气中的悬浮颗粒产生日落的颜色。这种腮红不会在间旋转气体云中进行,表明重量的元素以近一百万原子的重度原子的密度为分离的原子的形式。这是一个非常少量的数量,但足以说服我们,间歇性环境不是形成星系的材料的简单被动平衡:这些重点是它们的少数,只是产生。在核心恒星并以某种方式从星系中排出。

簇的温度

我们使用不同类型的物体观察方法:位于附近宇宙的热和致密气体大规模口袋,因此是现代的。这种气体位于宇宙中存在的最大重力链接结构:星系集群。 “Galaxia Cluster”一词更为不幸:这些目的在大多数情况下,由热等离子体组成,其中星系像在西瓜中的毛刺一样散落。通过间乳状环境的严重程度,该电离气体除了压缩形式。它被加热到数百万个厄尔韦斯并强力发光在光线领域 x。空间望远镜对半径敏感 x,这样的钱德拉和 XMM.-Newton,非常促进了这种气体的研究。

训练结构的前范式预测,必须在引力压缩的唯一作用下加热簇的气体。在这种情况下,计算其温度(从辐射谱推导出 x 由于气体和密度很大,气体发出了较高。由于质量和密度也确定了气体的亮度,因此已经确定这种亮度必须与其温度的平方成比例。然而,观察结果不是什么:浴的热等离子体的亮度与功率3.5处的温度成比例。此结果再次反映了同内环境中的意外活动;我们会回到它。

最后,第四个和最后一个观察手段旨在确定间歇性环境中最误解的性质之一,也许是最重要的:其磁性结构。当电子通过磁化区域移动时,它们在无线电域中发出辐射。该发射在与磁场相同的方向上偏振。不幸的是,间术环境的低密度使得该信号极低。 1989年,Kwang Tae Kim,Philipp Kronberg及其在多伦多大学的同事发现了一个连接两个星系集群的磁化材料漫射桥。但是,这些措施尚未扩展到更深的空间区域。在大多数情况下,天文学家都是外推到间歇性环境的内容,这些线索从大型星系和簇衍生。实际上,大多数螺旋星系都有有序和强大的磁场。据信,这些磁场以较小的形式在其宿主星系中存在,然后通过与银河圆盘中的等离子体旋转有关的发电机效应来放大作为星系的增加。因此,该假设意味着在间间环境中存在弱磁化区域。另一方面,在更大的尺度上,无线电域的研究已经揭示了几个邻近星系的簇中的漫射磁化气体。所有这些观察结果表明,整个磁性环境是磁化的。

三大转型

当然,所有这些信息当然是不完整的,但它们表明在宇宙历史期间,同时性环境经历了至少三个主要的过渡(见图4)。这一转变的第一个,这是一个大爆炸后300万年的人,是我们最懂的人。这是导致微波辐射底部发射的事件,它被命名为重组。

从中性状态到电离状态的第二转变不太理解。这种重组可能是由Quasars的形成引起的,这些巨大的年轻恒星在第一个星系中出现,甚至是一个假设的第一代超级超市星星,这些星星将在空间中大致均匀地分布(但我们有未检测到任何副本)。在每种情况下,这些恒星的非常能辐射将剥离间术气体原子的电子。这一事件似乎可以显着影响大型肿块星系的形成,但是它产生的热压可能已经足以防止形成较小的结构。这已经修改了在宇宙的结构中单独介入的简单性的情况。

对第一个星系中形成的Quasars,超级超透明星和年轻恒星的重新出现的各自贡献是什么?天文学家尚未能够确定它。恒星贡献的最佳措施依赖于观察名为“Lyman-alpha切割”的星系。因此,这些物体被命名为由于它们含有的中性氢吸收光,它们的光谱具有陡峭的切口。对于最遥远的星系,这种切口的位置朝向红色偏移,使其处于可见而不是在紫外线中。因此,通过识别出现此断裂的恒星,天文学家能够快速识别大量的远距离星系,而不借助于通常需要确定它们距离的红色的微妙测量测量。由于Charles Steidel和他的同事来自加州理工学院的这项技术,天文学家编制了极遥远的星系的广泛目录,可以为重新开放做出贡献,并且可以计算出发出的辐射总量。不幸的是,这种技术倾向于发现最亮的星系,因此,它不能揭示完全恒星的贡献来重新出现。

另一种方法包括检查重点的丰富和分布。如果几乎无处不在地检测到这些元素,那么第一代恒星可能由均匀分布在太空中的固体恒星组成。 Quasars或Dwarf星系将使这些元素更加不均匀地分散。但是,测量仍然太不起症。暂时,我们能做的最好的是估计间术环境中金属的空间分布。为此,我们将Quasars Spectra的研究与数字模拟相结合:我们改变了模拟的参数,直到它为我们提供了我们观察到的光谱。通过这种方式,我们建立了一个更准确的同时性环境的图片。

随风而逝

间间环境中的第三种大转变解释了Galaxia簇中热气体亮度和温度之间的特殊关系。这种转变也与暴力现象有关,这些现象将震动间歇性环境的密度区域,并可以通过重点解释其“污染”。来自多伦多大学的Nicholas Kaiser提出了最令人信服的模式。他假设群集的气体被加热至数百万个厄尔韦斯,然后在引力崩溃之前达到了星系的俱乐部开始。这种变暖将扩张气体,降低其密度并改变温度和亮度之间的关系。

是什么造成的变暖?超新星是最有可能的候选人。如果星系是超新世全的快速连续的座位,则物质将被驱逐出现,注射能量,而且在间术中的重量。光线敏感的卫星 x 已经表明,簇的热气实际上包含这样的元素。此外,重量的元素含量与一个簇与另一个簇大致相同,无论年龄如何,这表明富集一次发生,足够早在群集的生活中,就像N. Kaiser的模型一样。 Supernovae自然地实现了这一事件的速度,因为在几百百万年后形成的年轻星系形成的第一代恒星必须在超新星爆炸。

观察矮人的星系,提出的恒星出生为我们提供了最令人信服的关于超新世界作用的线索。实际上,这些小星系具有弱的重力,它们比其他人更有可能在外部环境的效果下失去物质,在反复爆炸的恒星的影响下。来自Cambridge大学C. Steidel和Alice Shvery的Max Pettini通过从加州理工学院进行研究,通过在可见和红外线记录它们的光谱来研究这些星系。可见光谱含有两种类型的线条:由于重量的元素,来自氢和吸收射线的排放线。红外光谱仅包含一种类型的光线,由每个星系中的气态云母发出。

Pettini先生和他的同事发现,在每个矮星系中,这三种类型的线条通过多普勒效应不同地偏移到红色:重量的元素小于银河系的红外问题,而氢气则更多。这种现象是通过想象出这些线通过从星系排出的气体流动,在空间中吹来的气体宇宙风而产生这些线(参见第94页的框)。这种风含有氢和重量的元素,但这些不同的成分在同一个地区不可见。对于可检测的重元素的吸收射线,原子必须在星系和我们之间,以便在后面照亮“。因此,只观察到在我们方向发出的银河风中携带的重元件:它们的泄漏速度小于宿主星系的速度,并且它们的光谱显示在我们较小的速度比星系上的速度较小。至于氢气,只有在银河系另一侧发射的风中,我们才能捕获其展示线。这就是为什么:在星系的泄漏速度下添加风速,使得这条线更偏移到红色的偏移,而不是银河系的其余部分。这是额外的偏移,使他能够在我们方向上穿过主机星系而不被她在途中遇到的氢气。

遥远的矮星星系的观察证实,以前,这种宇宙风,可能被超新佳爆炸推进,是常见的。此外,在一些更近的​​星系中,天文学家检测到在间间环境中供电的材料的巨大喷气机。最近,Crystal Martin和他的Santa Barbara大学的同事发现,Dwarf Galaxy NGC 1569在加热气泡的形式的巨大氧气和其他重点的间歇环境中留下了巨大的氧气环境。到几百万个厄尔韦林斯。

由最小的原始星系排放的宇宙风肯定是对白乳酸环境的最常区域中气体的升温和扩张。结果,间术环境中的最小肿块更加崩溃,并且这种机制阻止了形成了过低的大规模星系。因此,由该第三转变引起的变换比在再电离的情况下更重要。后者阻碍了大规模星系的形成小于几百百万太阳能块,而后续的银氏风肯定会造成10倍的巨大分散的银河系。这种机制可以解释现代宇宙的谜团之一:结构训练的所有数值模拟都预测了比实际存在的小星系更小。

自我调节活动

因此,每一种物体作用在跨节环境上,其换是确定下一代物体的性质。超级逐步,Quasars或简单的星系明星,重组宇宙的来源产生了足够的热压,以减缓类似于它们的紧凑型物体的形成,这结束了重新预见。随后,由矮星系发出的宇宙风在加累累的簇中加热了间术气体......并阻止了形成新一代矮星系。调节宇宙的活动的这种反馈机制也发生在较小的规模上,在星系本身的情况下,在巨大的恒星发出的超新星和紫外线作用于星际和慢的形成巨大新恒星的情况下。反馈的想法成为一个统一天文学的概念,因为它似乎在不同的尺度上重复。

未来该何去何从?开发了新技术来发现它。我们通过近乎同时性环境观察宇宙辐射的底部。这种环境在辐射底部打印了我们现在能够检测的轻微模糊。据信,该介质中的肿块的存在应扩散化石辐射的光子,并且在Galaxia簇中的高温区域仍然扭曲。在一些集群中观察到最后一个名为Sunyaev-zeldovich效果的最后机制,并认为宇宙学背景辐射的成像经验提供的图像 (宇宙背景成像仪实验) 也突出了。

此外,还使用类似方法,用于研究Quasars,肯尼斯Sembach Spectra,Space Telescope的科学研究所,以及Wiskonsin-Madison大学的Barair Wakker及其同事。在立即进行了间歇性环境乳白色的附近。他们的观察结果表明,根据非常相似的动力,紧密的同间乳液气体是异渗透的,其在较小的尺度上,以延伸在星系簇之间的宇宙丝织物的运动。这种冷的环境沉浸在达到一百万个开塞尔林斯的等离子体中,类似于来自其他上升的热气体。因此,局部星系组,其中银河系的簇将被一个气体所包围的,其性质与白乳齿环境的密度区域相似,并且区域更加脆弱。

它是否有可能在非常大的规模上,在白乳道环境的云之间延伸的空气泡也是如此,充满了我们没有观察到的非常热的气体?这种气体可以形成骨髓环境质量的重要组成部分吗?需要进行新的研究,因为我们刚刚开始重建间术语的历史。

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